CN103135025B - 百万千瓦级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及百万千瓦级核电站变压器的关键技术、并公开了百万千瓦级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法，其中，该短路点查找方法包括测量铁芯的两个铁芯框之间的等效电阻，根据测量得到的等效电阻值确定铁芯框间短路点。根据本发明，基于对不同铁芯框之间测量得到的电阻值进行分析判断，确定铁芯框间的短路点，故障分析过程更为直观与明了；所用方法不需要使用外接电源，对测试、分析人员不会造成安全隐患，同时也不会造成铁芯烧损等其他故障，安全性高。本发明所提供的百万千瓦级核电站变压器铁芯框间接地短路点查找方法简单、安全、且可快速实施铁芯框间的短路点查找，有利于铁芯的高效维护。

Description

百万千瓦级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法

技术领域

本发明涉及百万千瓦级核电站发电机的关键技术，更具体地，本发明涉及新型核能发电系统中输、配电设备的故障分析方法。

背景技术

百万千瓦级核电站变压器中，变压器铁芯是传递、变换电磁能量的重要部件，是完成电-磁-电转换不可缺少的组件。百万千瓦级核电站变压器通常采用三台单相变压器，由于百万千瓦级核电站500KV变压器铁芯的尺寸相对较大，为了方便铁芯内部散热和充分减小涡流损耗等，在组成铁芯的硅钢片叠片之间设置冷却油道，把铁芯分级叠成，并在级间用绝缘垫块隔离，从而将铁芯分为若干个铁芯框(参考图1)。

虽然采用绝缘垫块进行隔离，但是在百万千瓦级核电站变压器铁芯的叠片过程中，油道两侧的硅钢片可能存在被短接、从而导致铁芯框间短路的现象，例如硅钢片撬片所造成的短接；油道中掉入的其他金属异物或杂质等也可能造成铁芯框之间的短接。铁芯框短接可造成铁芯局部过热、油道中油的绝缘性下降或甚至导致压力释放阀动作等问题。一旦发生铁芯框间短接，则需要尽快找到短路点，排除故障。

目前，百万千瓦级核电站变压器铁芯框间短路点的查找主要有电容充放电法和大电流冲击法两种代表性的方法。电容冲放电法是在被试回路中并联电容器及限流电阻，将电容器积累的大量电荷通过被试铁芯外引接地套管引向故障点冲击.再观察电流表的指示值，如指示值为零，则说明故障点已排除，如不为零则故障点依然存在。大电流冲击法是将电焊机(低压侧)两端分别接到铁芯引出线及接地线上，通过电焊机产生的大电流将故障点烧除。以上两种方法分别存在以下缺点：1、冲击放电时如放电电阻选择不合适会在绕组上产生较高电势，对测量人员的安全有较大隐患；2、冲击电流过大时，若限流电阻选择不合适，会造成铁芯的烧损。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中短路点查找方法可能危及人员安全、造成铁芯烧损的缺点，提供一种无需使用外接电源、操作安全便利的百万千瓦级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案得以实现：根据本发明的一个方面，提供百万千瓦级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法，其中，所述方法包括测量第一铁芯框和第二铁芯框之间的等效电阻、以及根据测量得到的等效电阻值确定第一铁芯框和第二铁芯框之间的短路点。

在上述百万千万级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法中，所述方法包括以下步骤：

S1：测量第一铁芯框和第二铁芯框之间的等效电阻，得到多个等效电阻值；

S2：确定步骤S1中多个等效电阻值的最小等效电阻值；

S3：根据步骤S2中确定的最小等效电阻值确定第一铁芯框和第二铁芯框之间的短路点。

在上述百万千万级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法中，所述步骤S1包括以下子步骤：

S11：在第一铁芯框和第二铁芯框上分别选取第一测量点和第二测量点；

S12：固定第一测量点，在所述第二铁芯框上变换第二测量点，得到多个等效电阻值；

S13：固定第二测量点，在所述第一铁芯框上变换第一测量点，得到多个等效电阻值。

在上述百万千万级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法中，在所述子步骤S12和S13之间还包括确定步骤S12中多个等效电阻值的最小值以及当等效电阻值最小时固定所述第二测量点。

在上述百万千万级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法中，在所述步骤S1之前还包括：

S0：判断第一铁芯框和第二铁芯框是否短路。

在上述百万千万级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法中，所述步骤S0包括以下子步骤：

S01：测量第一铁芯框和第二铁芯框之间的绝缘电阻，得到绝缘电阻值；S02：根据步骤S01中的绝缘电阻值判断第一铁芯框和第二铁芯框是否短路；若是，执行步骤S1；若否，完成测量。

在上述百万千万级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法中，采用电阻测量装置测量第一铁芯框和第二铁芯框之间的等效电阻。

在上述百万千万级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法中，所述电阻测量装置包括万用表或兆欧计。

在上述百万千万级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法中，采用等效电阻计算模型测量铁芯的第一铁芯框和第二铁芯框之间的等效电阻。

在上述百万千万级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法中，所述等效电阻计算模型为：

其中，R_dc为第一铁芯框和第二铁芯框之间的等效电阻值，R_ad为第一铁芯框中第一测量点与第一短接点之间的等效电阻值，R_cb为第二铁芯框中第二测量点与第二短接点之间的等效电路值，R_{短路点电阻}为第一铁芯框和第二铁芯框之间的短路点电阻，R_内阻为电阻测量装置的内阻。

在上述百万千万级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法中，所述等效电阻计算模型为：

R_dc≈R_ad+R_cb，

其中，R_dc为第一铁芯框和第二铁芯框之间的等效电阻值，R_ad为第一铁芯框中第一测量点与第一短接点的等效电阻值，R_cb为第二铁芯框中第二测量点与第二短接点之间的等效电阻值。

实施本发明的百万千瓦级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法，可以获得以下有益效果：本发明基于铁芯的电阻分布特点、根据对不同铁芯框之间测量得到的等效电阻值进行分析判断，逐步趋近并最终确定铁芯框间的短路点，故障分析过程更为直观与明了；所用方法不需要使用外接电源，对测试、分析人员不会造成安全隐患，同时也不会造成铁芯烧损等其他故障，安全性高。本发明所提供的百万千瓦级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法操作简单、安全、且可快速实施铁芯框间的短路点查找，有利于铁芯的高效维护。

附图说明

以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。附图中：

图1是现有技术中铁芯的铁芯框的结构示意图；

图2是根据本发明的百万千瓦级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法的流程图；

图3是根据本发明的第一铁芯框和第二铁芯框之间等效电阻的测量方法的流程图；

图4是百万千瓦级核电站铁芯框的结构示意图；

图5是百万千瓦级核电站铁芯的等效分布电阻图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供了一种百万千瓦级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法，该方法基于对铁芯的不同铁芯框(第一铁芯框和第二铁芯框)之间的等效电阻进行测量，根据测量得到的等效电阻值确定两个铁芯框之间的短路点。需要说明的是，本发明中的“第一”、“第二”等叙述并不是特定地限定或指定某一组件或某一测量结果，相反，它只是为了使本发明的阐述更为简洁明了而作的示例性描述。

本发明的方法包括：(1)测量第一铁芯框和第二铁芯框之间的等效电阻；(2)确定第一铁芯框和第二铁芯框之间的最小等效电阻值；(3)根据最小等效电阻值确定第一铁芯框和第二铁芯框之间的短路点。参考图1，这里所述的“第一铁芯框和第二铁芯框”是指在百万千瓦级核电站变压器铁芯的正常运转过程中需要保持绝缘的铁芯框(例如图1中的铁芯框1与2、铁芯框3与4)，而已经短接的两个铁芯框之间则无需进行等效电阻测量(例如图1中的铁芯框1与3、铁芯框2与4)。

参考图1-5，本发明的百万千瓦级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法100开始于步骤101。在步骤101中，判断第一铁芯框和第二铁芯框之间是否短路。具体地，该步骤包括测量第一铁芯框和第二铁芯框之间的绝缘电阻(即测量铁芯框1与铁芯框2之间的绝缘电阻)、以及根据测量得到的绝缘电阻值判断是否短路。

如上所述，变压器铁芯正常运转过程中，由于铁芯框1与铁芯框2之间绝缘，所测得的绝缘电阻值应符合系统设定、为无穷大。若铁芯框1和铁芯框2之间发生短路，所测得的绝缘电阻值则为一具体数值。因此，在步骤101中，根据绝缘电阻值很容易判断铁芯框1和铁芯框2之间是否短路。此时，若存在短路现象，则执行步骤102；否则，结束测量。

随后，在下一步骤102中，测量铁芯框1和铁芯框2之间的等效电阻。采用等效电阻计算模型测量铁芯的两个铁芯框之间的等效电阻。

本领域技术人员熟悉百万千瓦级核电站变压器铁芯以及铁芯框的结构。如图4所示，百万千瓦级核电站变压器铁芯框由具有一定电阻且材质相同的硅钢片叠片而成。因此，在计算铁芯(或铁芯框)的电阻时，铁芯的等效电阻可看作是在铁芯的横截面上由多个电阻相同的小导体串联而成(如图5所示)，因此铁芯的等效电阻与小导体的数量成正比。根据基于电阻率的电阻计算公式(r＝ρL/S)，铁芯的测量电阻(等效电阻)可由以下表达式决定：

r＝ρ∑(n/F)，

其中，r为铁芯的等效电阻，ρ为硅钢片的电阻率，n为硅钢片的数目，F为硅钢片的面积。

当铁芯框1和铁芯框2短路时，在图5所示的铁芯等效分布电阻图中，假设短路点在a、b点的连线上，则将a、b称为第一短接点和第二短接点，d、c分别代表第一测量点和第二测量点。根据以上所述铁芯电阻分布原理，可以推知，在如图5所示的铁芯等效分布电阻图中，铁芯框1和铁芯框2之间的(即dc两点之间)的等效电阻可由以下等效电阻计算模型确定：

其中，R_dc为铁芯框1和铁芯框2之间的等效电阻值，R_ad为铁芯框1中第一测量点与第一短接点之间的等效电阻值，R_cb为铁芯框2中第二测量点与第二短接点之间的等效电路值，R_{短路点电阻}为两个铁芯框(铁芯框1与铁芯框2)之间的短路点电阻，R_内阻为电阻测量装置的内阻。

本发明采用电阻测量装置，在无外接电源的情况下可实施电阻测量。优选地，本发明采用万用表或兆欧计。本领域技术人员可根据实际需要选用任一符合要求的万用表或兆欧计。例如，本发明中采用FLUKE187型万用表(FLUKE公司生产)。

由于R_内阻＞＞R_ad+R_cb+R_{短路点电阻}，R_ad+R_cb＞＞R_{短路点电阻}，因此以上等效电阻计算模型(1)可简化为：

R_dc≈R_ad+R_cb，(2)

其中，R_dc为铁芯的两个铁芯框之间的等效电阻值，R_ad为铁芯框1中第一测量点与第一短接点的等效电阻值，R_cb为铁芯框2中第二测量点与第二短接点之间的等效电阻值。

如上所述，由于铁芯电阻与硅钢片的片数线性相关，基于等效电阻计算模型(2)，当铁芯框1和2之间存在短路点时，在步骤102中，铁芯框1和铁芯框2之间的等效电阻值实际是测量点与短接点之间距离的表征，即由测量点与短接点的距离所决定。基于铁芯电阻与硅钢片片数线性相关的原理，当测量点距离短接点越远时，测量得到的电阻值越大，测量点距离短接点越近时，测量得到的电阻越小。当铁芯框1和2中的两个测量点均位于短接点时，测量得到的等效电阻值最小(为零或非常小)。

以下将详细叙述在步骤102中如何采用万用表测量铁芯框1和铁芯框2之间的等效电阻。参考图3和4，铁芯框(铁芯框1、2、3和4)均由许多硅钢片叠片而成、且铁芯框两两之间间隔有油道(例如油道12、油道13等)。在测量等效电阻时，首先在铁芯框1和铁芯框2上分别选取第一测量点d和第二测量点c(步骤1021)。应该注意的是，第一测量点d和第二测量点c应位于铁芯框1和铁芯框2的同一末端。例如在图4中，则以铁芯框1和铁芯框2靠近油道13的末端为测量起始点。将万用表的两个表笔分别固定在第一测量点d和第二测量点c；此时得到一个等效电阻值。然后在步骤1022中第一测量点d的表笔保持不动，在铁芯框2上移动表笔从而连续变换第二测量点，表笔移动过程中得到多个等效电阻值，例如在图4中则在铁芯框2上远离油道13移动表笔从而连续变换第二测量点。当检测到等效电阻的极小值时，在步骤1023停止移动表笔，即固定铁芯框2上的第二测量点保持不变。接下来，在步骤1024在铁芯框1上移动表笔从而连续变换第一测量点，表笔移动过程中再次得到多个等效电阻值。

采用本发明的上述方法测量铁芯框1和铁芯框2之间的等效电阻时，仅需要打开变压器上的人孔，而不需要开罩变压器。从上述说明中也可看出，等效电阻测量方便、可操作性强、并不会危及相关人员的安全或导致铁芯受损。

随后，在下一步骤103中，根据步骤102中测量得到的铁芯框1和铁芯框2之间的多个等效电阻值，确定两者之间的最小等效电阻值。随后，在下一步骤104，根据铁芯框1和铁芯框2之间的最小等效电阻值确定两者之间的短路点。如图5所示，当万用表的两个表笔分别在第一短接点a和第二短接点b时测量得到的等效电阻值最小，此时短路点位于a、b的连线上，即图5中所示的A点(通常位于油道中)。造成铁芯框间短路的原因包括但不限于硅钢片撬片所造成的短接；油道中掉入其他金属异物或杂质等造成的短接。确定油道中的短路点A后则便于排查造成铁芯框间短路的原因并及时排除该故障。

综上所述，本发明采用电阻测量装置测量需要绝缘的两个铁芯框之间的等效电阻，通过等效电阻值的最小值确定短路点。该方法操作简便、迅速且安全性高，可用于铁芯的高效维护。

Claims (10)

1.百万千瓦级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：采用电阻测量装置，在无外接电源的情况下，测量第一铁芯框和第二铁芯框之间的等效电阻，得到多个等效电阻值；

S2：确定步骤S1中多个等效电阻值的最小等效电阻值；

S3：根据步骤S2中确定的最小等效电阻值确定第一铁芯框和第二铁芯框之间的短路点。

2.根据权利要求1所述的百万千瓦级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下子步骤：

S11：在第一铁芯框和第二铁芯框上分别选取第一测量点和第二测量点；

S12：固定第一测量点，在所述第二铁芯框上变换第二测量点，得到多个等效电阻值；

S13：固定第二测量点，在所述第一铁芯框上变换第一测量点，得到多个等效电阻值。

3.根据权利要求2所述的百万千瓦级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法，其特征在于，在所述子步骤S12和S13之间还包括确定步骤S12中多个等效电阻值的最小值以及当等效电阻值最小时固定所述第二测量点。

4.根据权利要求1所述的百万千瓦级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法，其特征在于，在所述步骤S1之前还包括：

S0：判断第一铁芯框和第二铁芯框是否短路。

5.根据权利要求4所述的百万千瓦级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法，其特征在于，所述步骤S0包括以下子步骤：

S01：测量第一铁芯框和第二铁芯框之间的绝缘电阻，得到绝缘电阻值；

S02：根据步骤S01中的绝缘电阻值判断第一铁芯框和第二铁芯框是否短路；若是，执行步骤S1；若否，完成测量。

6.根据权利要求1至3任一权利要求所述的百万千瓦级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法，其特征在于，采用电阻测量装置测量第一铁芯框和第二铁芯框之间的等效电阻。

7.根据权利要求6所述的百万千瓦级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法，其特征在于，所述电阻测量装置包括万用表或兆欧计。

8.根据权利要求2所述的百万千瓦级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法，其特征在于，采用等效电阻计算模型测量铁芯的第一铁芯框和第二铁芯框之间的等效电阻。

9.根据权利要求8所述的百万千瓦级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法，其特征在于，所述等效电阻计算模型为：

其中，R_dc为第一铁芯框和第二铁芯框之间的等效电阻值，R_ad为第一铁芯框中第一测量点与第一短接点之间的等效电阻值，R_cb为第二铁芯框中第二测量点与第二短接点之间的等效电路值，R_{短路点电阻}为第一铁芯框和第二铁芯框之间的短路点电阻，R_内阻为电阻测量装置的内阻，所述第一短接点位于第一铁芯框中，所述第二短接点位于第二铁芯框中，第一铁芯框和第二铁芯框间短路点位于所述第一短接点和所述第二短接点的连线上。

10.根据权利要求8所述的百万千瓦级核电站变压器铁芯框间短路点的查找方法，其特征在于，所述等效电阻计算模型为：

R_dc≈R_ad+R_cb，

其中，R_dc为第一铁芯框和第二铁芯框之间的等效电阻值，R_ad为第一铁芯框中第一测量点与第一短接点的等效电阻值，R_cb为第二铁芯框中第二测量点与第二短接点之间的等效电阻值，所述第一短接点位于第一铁芯框中，所述第二短接点位于第二铁芯框中，第一铁芯框和第二铁芯框间短路点位于所述第一短接点和所述第二短接点的连线上。